DE102007011750B3 - Gassensor mit einem insbesondere explosionsgeschützten Gehäuse - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gassensor mit einem Gehäuse (1, 11) und mit einer optischen Signalübertragung zur Umgebung des Gassensors (10), wobei - im Gehäuse (1, 11) auf der Innenseite einer lichtdurchlässigen Scheibe (4) mindestens eine lichtemittierende Diode (3) angeordnet ist, - im Gehäuse (1, 11) auf der Außenseite der lichtdurchlässigen Scheibe (4) mindestens ein Lichtleiter (5) für die Lichteinkopplung des Lichts der lichtemittierenden Diode (3) angeordnet ist und - der Lichtleiter (5) bis zur Außenfläche (6) des Gehäuses (1, 11) verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gassensor mit einem insbesondere explosionsgeschützten Gehäuse.
  • Derartige Gassensoren werden typischerweise für die Konzentrationsbestimmung von explosiven Gasen oder Gasgemischen in der Umgebung eingesetzt und beruhen im Allgemeinen auf Messungen mit sogenannten Wärmetönungssensoren oder auf infrarotoptischen Absorptionsmessungen mit einer Strahlungsquelle und mit zumindest einem Messdetektor.
  • Ein bekannter Infrarotsensor mit einer Messstrecke außerhalb des Sensorgehäuses, in der Umgebung mit dem Messgas, geht aus DE 197 13 928 C1 hervor.
  • Ein Gassensor mit Mitteln für die optische Signalübertragung aus dem Sensorgehäuse ist aus der US 7,132,659 B2 bekannt geworden.
  • Explosionsgeschützte Gassensoren unterliegen den Anforderungen des Explosionsschutzes, wobei zusätzlich eine druckfeste Kapselung des Gehäuses notwendig sein kann. Die zur Messung erforderlichen optischen und elektronischen Komponenten, also das Messmodul, die ohne besonderen Schutz zur Zündung eines brennbaren Gases führen können, sind in einem speziellen Gehäuse untergebracht, welches die Anforderungen an die jeweils geforderte Zündschutzart erfüllt.
  • Die Schnittstelle zur Umgebung erfolgt über mindestens eine druckfest ausgelegte Durchführung für die elektrischen Kabelzuführungen.
  • Außerhalb des druckfest gekapselten Gehäuses liegt der Messraum in der Umgebung, der dem gegebenenfalls explosiven Messgas zugänglich ist, also die Messgasküvette.
  • Aufgrund der Zulassungsanforderungen betreffend den Explosionsschutz sind die Kabeldurchführungen sehr aufwändig gestaltet und damit kostenintensiv. Hinzu kommen die mit der Zulassung verbundenen umfangreichen und ebenfalls kostenintensiven Tests.
  • Deshalb besteht die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Gassensors mit einem explosionsgeschützten Gehäuse, welches die Übertragung und Anzeige von optisch angezeigten Betriebszuständen an die Umgebung ermöglicht, ohne dass eine aufwändige und kostenintensive zusätzliche druckfeste Durchführung durch das Sensorgehäuse erforderlich ist.
  • Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1.
  • Die Unteransprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Gassensors nach Anspruch 1 an.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch einen Gassensor und
  • 2 einen Schnitt senkrecht durch 1 (H-H).
  • 1 zeigt einen Schnitt durch den infrarotoptischen Gassensor 10 mit dem druckfest gekapselten und explosionsgeschützten Gehäuse 1, 11, das beispielsweise aus einem Stahl gefertigt ist.
  • Auf einer Leiterplatte des Messmoduls 2 befinden sich zwei lichtemittierende Dioden 3 als Srahlungsquellen, beispielsweise eine gelbe und eine grüne LED in einem 5 mm Rundgehäuse. Die LEDs weisen einen recht kleinen Abstrahlwinkel von beispielsweise plus/minus 15 Grad auf und haben eine Leuchtdichte von mehreren Candela. Das Licht der lichtemittierenden Dioden 3 wird durch die als Saphirscheibe ausgebildete, für den Messstrahl auch infrarotdurchlässige Scheibe 4 hindurch eingekoppelt in dem im Winkel von etwa 45 Grad angeschrägten Lichtleiter 5 aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC). Der Weg des Lichts bis zur Außenfläche 6 des Gehäuses 1, 11 ist durch Pfeile gekennzeichnet.
  • Der Messstrahl für die eigentliche Konzentrationsmessung des Messgases in der Umgebung des Gassensors 10 tritt durch die Scheibe 4 aus, wird mittels eines Umlenkspiegels 7 so umgelenkt und wieder durch die Scheibe 4 geführt, dass eine für die Messung geeignete Absorptionsmessstrecke vorhanden ist. Hierzu wird beispielhaft auf die DE 197 13 928 C1 mit entsprechender Beschreibung verwiesen.
  • Die Lichtleiter 5 sind in einer mit dem oberen Teil des Gehäuses 1 verbundenen Abdeckung 12 angebracht, beispielsweise eingeklebt. Der Umlenkspiegel 7 ist am oberen Teil des Gehäuses 1 befestigt oder in Baueinheit ausgeführt, insbesondere als Spritzgussteil.
  • Die Zuführung der elektrischen Anschlüsse erfolgt über aufwändig druckfest ausgeführte und explosionsgeschützte Kabelzuführungen 8.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch den symmetrisch ausgelegten Lichtleiter 5. Dabei ist der Lichtleiter 5 so ausgebildet, dass das Licht der lichtemittierenden Dioden 3 für eine bessere Sichtbarkeit in der Umgebung zu beiden Seiten des Gassensors 10 ausgekoppelt wird. Die insgesamt vier Lichtaustrittsflächen für eine gute äußere Wahrnehmbarkeit entsprechend den Außenflächen 6 sind zwecks besserer Sichtbarkeit vorzugsweise strukturiert ausgeführt.
  • Mit der dargestellten Anordnung ist die Möglichkeit gegeben, eine bidirektionale Datenübertragung mittels eines Infrarottransceivers zu realisieren. Derartige Infrarottransceiver bestehen unter anderem aus einer im Infrarotbereich emittierenden Diode (IRED) und einem speziell als Fotodiode ausgebildeten Fotoelement, welches als Detektor wirkt. Die Aus- bzw. Einkopplung der digitalen optischen Signale des Infrarotttransceivers erfolgt analog der Lichtauskopplung der lichtemittierenden Dioden 3. Mittels einer derartigen optischen Datenübertragung können beispielsweise Statusinformationen und Messdaten mittels einer externen Auswerteeinheit ausgelesen werden. Dabei ist die Auswerteeinheit zu den Lichtaustrittsflächen derart auszurichten, dass eine optische Verbindung zwischen dem Infrarottransceiver der Auswerteeinheit und den Lichtaustrittsflächen des Lichtleiters 5 besteht sowie eine direkte optische Verbindung zu dem komplementären Infrarottransceiver im Gassensor 10.
  • Der explosionsgeschützte Gassensor 10 dient speziell für die Konzentrationsmessung von explosiven Gasen oder Gasgemischen auch mit Luft, speziell von Kohlenwasserstoffen oder Gasgemischen mit Kohlenwasserstoffen.

Claims (10)

  1. Gassensor mit einem Gehäuse (1, 11) und mit einer optischen Signalübertragung zur Umgebung des Gassensors (10), wobei – im Gehäuse (1, 11) auf der Innenseite einer lichtdurchlässigen Scheibe (4) mindestens eine lichtemittierende Diode (3) angeordnet ist, – im Gehäuse (1, 11) auf der Außenseite der lichtdurchlässigen Scheibe (4) mindestens ein Lichtleiter (5) für die Lichteinkopplung des Lichts der lichtemittierenden Diode (3) angeordnet ist und – der Lichtleiter (5) bis zur Außenfläche (6) des Gehäuses (1, 11) verläuft.
  2. Gassensor nach Anspruch 1, wobei die lichtemittierende Diode (3) Teil eines für die bidirektionale optische Datenübertragung dienenden Infrarotttransceivers ist, welcher ein als Detektor dienendes Fotoelement enthält.
  3. Gassensor nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine lichtemittierende Diode (3) im sichtbaren Wellenlängenbereich emittiert.
  4. Gassensor nach Anspruch 2 oder 3, wobei an der Außenfläche (6) des Gehäuses (1, 11) eine Auswerteeinheit mit einem weiteren Infrarottransceiver für die Lichtein- und/oder Lichtauskopplung von Steuer- und/oder Messdaten angeordnet ist.
  5. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gassensor (10) ein optischer Infrarotsensor ist.
  6. Gassensor nach Anspruch 4, wobei ein Umlenkspiegel (7) am Gehäuse (1, 11) angeordnet ist für die Umlenkung des durch die infrarotdurchlässige Scheibe (4) aus- und eintretenden Messstrahls ist.
  7. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (5) zu gegenüberliegenden Außenflächen (6) des Gehäuses (1, 11) verläuft.
  8. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (5) aus Polymethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC) besteht.
  9. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lichtdurchlässige Scheibe (4) aus Saphir besteht.
  10. Verwendung eines Gassensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Messung von explosiven Kohlenwasserstoffen oder Gasgemischen mit Kohlenwasserstoffen.
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